Разработка процессорного модуля аппарата искусственной вентиляции лёгких

Аппарат «Вдох» отличают компактные размеры и сравнительно малая масса ( менее 15 кг). В сочетании с конструктивным выполнением в виде металлического чемодана эти качества делают удобным применение аппара-та в поликлиниках и для экстренной реанимации в приемных отделениях , на дому у пострадавшего и т.п.

Аппарат обеспечивает управляемую ИВЛ в диапазоне от 0,7 до 20 л/мин с независимой установкой частоты дыхания от 10 до 50 мин -1. Он может быть включен по любому дыхательному контуру, однако, средств для подачи кислорода или ингаляционных анестетиков в аппарате не преду-смотрено.

Отличительная особенность модели - возможность переключения актов дыхательного цикла вручную. Давление конца выдоха может регулироваться в диапазоне от 0 до 1,5 кПа ( от 0 до 15 см вод. Ст.) и контролируется по по-казаниям встроенного мановакуумметра.

Переключение со вдоха на выдох : по времени , определяемому элек-тронным реле или вручную.

Аппараты типа «Спирон» предназначены для оснащения всех лечебных учреждений, где применяется ИВЛ. Все модели имеют привод от электро-сети и подача в них сжатых газов требуется только для формирования соста-ва дыхательной смеси. Главные особенности аппаратов данного типа:

-непосредственное, без разделительной емкости, включение генератора вдоха, выполненного в виде многокамерного мембранного насоса, в дыха-тельный контур;

--возможность дезинфекции и стерилизации дыхательного контура раз-личными методами, в том числе с полной разборкой для мойки и автокла-вирования;

-переключение актов дыхательного цикла по времени с использованием электронных управляющих устройств.

«Спирон-101» предназначен для применения в самых сложных случа-ях реанимации, проводимой в отделениях реанимации, интенсивной тера-пии, послеоперационных палатах. Он позволяет осуществлять управляемую, вспомогательную и периодическую принудительную вентиляцию, ИВЛ вручную, самостоятельное дыхание через аппарат с обычным или повышен-ным давлением; получить положительное, нулевое или отрицательное дав-ление конца выдоха, различные формы кривой скорости вдувания. Преду-сматривается возможность регулирования паузы вдоха и автоматическая стабилизация заданной величины минутной вентиляции. В состав аппарата включен увлажнитель УДС-1П, спиромонитор СМ-1 «Аргус-1», распыли-тели лекарственных и дезинфицирующих средств и пульт дистанционного переключения актов дыхательного цикла. Основному назначению аппарата соответствуют и широкие пределы регулирования минутной вентиляции (до

50 л/мин), частоты дыхания (10...60мин -1), отношения продолжительностей вдоха и выдоха и давления вдоха (до 10 кПа).

«Спирон -201» также предназначен для применения в отделениях реа-нимации и интенсивной терапии, но отличается от предыдущей модели от-сутствием возможности изменения формы скорости вдувания, паузы на вдо-хе и автоматической стабилизации заданной величины минутной вентиля-ции. В нем также предусмотрена управляемая, вспомогательная и периоди-ческая принудительная вентиляция, ИВЛ вручную, самостоятельное дыха-ние через аппарат. Комплектуется увлажнителем УДС-Ш и распылителем лекарственных и дезинфицирующих средств, однако спиромонитор СМ-1 заменен более простым СМ-3. Как и в модели «Спирон-101», используется устройство для дозированной подачи кислорода и закиси азота. Количест-венные характеристики те же, что и для предыдущего аппарата, но верхний предел регулирования минутной вентиляции несколько ниже -- 35 л/мин.

«Спирон-301» предназначен для использования во время наркоза по любому дыхательному контуру. Обеспечивает управляемую ИВЛ с пассив-ным выдохом, ИВЛ вручную, самостоятельное дыхание через аппарат. По-зволяет получить положительное давление конца вдоха. Состав дыхательно-го газа задается наркозным блоком типа «Полинаркон-4П» и не влияет на установленный режим вентиляции. Назначению модели соответствуют пре-делы регулирования минутной вентиляции (до 25 л/мин), частоты дыхания (10...30 мин -1), максимального давления вдоха -- до 6 кПа (60 см вод.ст.). Отношение продолжительностей вдоха и выдоха является нерегулируемым и составляет 1:2.

«Спирон-303» применяется для проведения дыхательной реабилитации в поликлиниках, больницах, в домашних условиях, как и другие модели ти-па, имеет цифровые табло частоты и вентиляции. Обеспечивает ИВЛ с пас-сивным выдохом и при необходимости с положительным давлением конца

вдоха. Укомплектован дозиметром для кислорода, распылителем лекарст-венных средств, волюметром, мановакуумметром, пультом дистанционного переключения актов дыхательного цикла вручную. Минутная вентиля-ция регулируется в пределах до 25 л/мин, частота дыхания -- от 10 до 60 мин -1, отношение продолжительностей вдоха и выдоха -- от 2:1 до 1:3 (ступенчато).

"Спирон-305" предназначен для включения в состав универсально-го аппарата ингаляционного наркоза . Аппарат может обеспечивать ИВЛ по любому дыхательному контуру , предусмотрена цифровая индикация установленных значений минутной вентиляции , дыхательного объема и частоты вентиляции . Части дыхательного контура легко разбираются для очистки , дезинфекции и стерилизации .

Имеется встроенная сигнализация о неисправностях аппарата.

Дыхательный объем составляет от 0,2 до 1,5 л, обеспечивается ми-нутная вентиляция в пределах от 3 до 25 л/мин , отношение вдох/выдох: 1:1.5, 1:2,1:3 .

Аппарат «Энгстрем-Эрика» является первым аппаратом ИВЛ, в ко-тором использовано микропроцессорное управляющее устройство. Силовая часть аппарата требует питания сжатым воздухом и кислородом, а подклю-чение к электросети необходимо для питания цепей управления и измере-ния. Аппарат предназначен для длительной работы в реанимационных отде-лениях и обеспечивает широкий выбор режимов работы -- управляемую, вспомогательную и периодическую ИВЛ, периодическое раздувание легких, периодическую ИВЛ с автоматическим включением при снижении интен-сивности самостоятельного дыхания, обычное самостоятельное дыхание че-рез аппарат. Предусмотрен только пассивный выдох и возможность повы-шения давления в конце выдоха.

В схеме аппарата традиционно используется разделительная емкость. Особенностью аппарата является автоматическое поддержание заданного дыхательного объема в диапазоне 0,1-0,2 л. Частота дыхания уста-навливается в диапазоне от 0,4 до 40 мин -1, причем малые значения частоты дыхания используются в режиме периодической принудительной ИВЛ. От-ношение продолжительности вдоха и выдоха регулируются в пределах от 1:3 до 3:1. Минутная вентиляция до 30 л/мин. В аппарате предусмотрена также регулировка скорости вдувания газовой смеси, что в сочетании с переклю-чением актов дыхательного цикла по времени позволяет установить пере-менную длительность паузы вдоха.

Встроенные измерительные средства дают возможность измерить 8 различных характеристик режима работы, включая растяжимость легких и сопротивление дыхательных путей. Ряд каналов измерения охвачен сигнали-зацией и может выявлять медленные тенденции изменения измеряемых ве-личин.

Акт вдоха: генератор переменного потока, обеспечивающий примерно постоянную скорость вдувания и выполненный в виде мембранного насоса с пневматическим приводом, работающего с частотой дыхания.

Переключение со вдоха на выдох: по времени, задаваемому электрон-ной схемой; распределение потоков газа в дыхательном контуре аппарата обеспечивается электромагнитными клапанами. Возможно также переклю-чение по давлению.

Акт выдоха: генератор «нулевого» давления, однако выдыхаемый газ выводится не непосредственно в атмосферу, а в дополнительную раздели-тельную емкость, которая используется для измерения его объема. Переключение с выдоха на вдох: по времени или при вспомогательной ИВЛ вследствие дыхательного усилия пациента.

Аппарат "Фаза-5" предназначен для проведения длительной управляемой искусственной вентиляции легких в стационарных и поле-вых условиях медицинских учреждений, а также для проведения крат-ковременной управляемой искусственной вентиляции легких в подвиж-ных эвакосредствах у раненых и больных.

При применении аппарата в подвижных эвакосредствах , обору-дованных электросетью постоянного тока , аппарат должен подключатся посредством преобразователя напряжения, изготавливаемого по спецза-казу , при этом подключение увлажнителя не допускается .

Аппарат имеет встроенный воздушный компрессор (воздуходувку ), систему электрически управляемых клапанов, устройства регулирования пневматических и электрических параметров, блок цифровой индикации основных показателей вентиляции, пульт ручного управления.

Аппарат может работать по любой схеме дыхания, обеспечивая проведение управляемой вентиляции с пассивным выдохом, регули-руемым сопротивлением выдоху , подогревом и увлажнением дыхатель-ной смеси , подаваемой пациенту .

Отличительной особенностью аппарата является возможность про-ведения термической дезинфекции дыхательного контура аппарата без его разборки ( с помощью увлажнителя, входящего в комплект постав-ки ).

Аппарат позволяет проводить ИВЛ при различных отношениях времени вдоха , с индикацией значений минутной вентиляции и объема вдоха, автоматически пересчитываемых встроенным микропроцессором .

Звуковая и световая сигнализация срабатывает при разгерметиза-ции дыхательного контура , при отклонении от заданного уровня дав-ления , при повышении температуры дыхательной смеси , а также при случайном отключении аппарата .

Аппарат обеспечивает следующие режимы работы : РЕЕР, СМV, СРАР , с ручным управлением частотой дыхания . Используется увлаж-нитель дыхательных смесей УДС-02 , который предназначен для нагре-ва и повышения влагосодержания дыхательной смеси , поступающей к пациенту. Управление увлажнителем осуществляется через микропроцес-сор, обеспечивается автоматическая блокировка нагрева в аварийных ситуациях.

Технические характеристики:

Минутная вентиляция, л/мин 3-25

(при Твд/Твыд =1/2 )

Общий диапазон минутной вентиляции , л/мин 1-35

Частота дыхания , 1/мин 1-160

Температура газа в тройнике пациента, *С 32-38

Масса, кг 25

Габаритные размеры, мм 365x330x275

Питание 220В 50Гц
Потребляемая мощность, ВА

С увлажнителем 975

без увлажнителя 175
Установленный срок службы до списания, лет 2,5
Средний срок службы до списания, лет 4.

3. Принцип работы аппарата

3.1. Медико-технические требования к аппарату ИВЛ

Искусственная вентиляция легких является высокоэффективной и

в то же время практически безопасной , если она основана на обеспе-чении адекватного газообмена при максимальном исключении вредных эффектов, а также при сохранении субъективного ощущения "дыха-тельного комфорта" у больного, если он во время ИВЛ остается в сознании .

Это обеспечивается прежде всего рациональным выбором для данного больного следующих параметров:

минутного объема вентиляции;

дыхательного объема;

частоты дыхания;

отношения продолжительности вдоха и выдоха.
Минутный объем вентиляции - это сумма дыхательных объемов

за минуту. Обычно рассматривают минутный объем альвеолярной вен-тиляции , который равен разности дыхательного объема и общего объ-ема мертвого пространства , умноженной на частоту дыхания .

Дыхательный объем - это количество дыхательного газа , пода-ваемого в легкие в течении одного дыхательного цикла . Дыхательный объем должен быть достаточным для промывки "мертвого пространства " и удаления углекислого газа из легких . Зависит от пола пациента , массы его тела, частоты дыхания, возраста .

Частота дыхания - это количество дыхательных маневров ( вдох-выдох ) за минуту.

Значения основных параметров искусственной вентиляции легких нормированы ГОСТ 18856-81 .

Данный аппарат ИВЛ предназначен для длительной или повторно-кратковременной ИВЛ для взрослых и детей старше 6 лет в отделениях ин-тенсивной терапии и реанимации, послеоперационных отделениях и пала-тах.

ГОСТ 18856-81 для аппаратов группы 2 устанавливает следующие минимальные диапазоны регулирования параметров ИВЛ:

дыхательный объем 0,2 ... 2,0 л;

минутная вентиляция 3 ... 30 л/мин;

частота дыхания 10 ... 50 л/мин;

отношение длительности вдоха и выдоха 1:1,5... 1:2.

Аппарат используется в различных случаях медицинской практики. ИВЛ проводится больным разной возрастной категории. Параметры ИВЛ у разных людей сильно отличаются, поэтому целесообразно расширить диа-пазон регулирования параметров ИВЛ (дыхательный объем, минутную вентиляцию, частоту дыхания и т.д ), чтобы врач мог в каждом кон-кретном случае установить требуемые параметры ИВЛ.

Анализируя существующие аппараты ИВЛ и в соответствии с ГОСТ 18856-81 в рассматриваемом аппарате необходимо иметь возможность ре-гулировать параметры в следующих пределах:

дыхательный объем 0,1 ... 2,5 л;

минутная вентиляция 1 ... 50 л/мин;

частота дыхания 10 ... 99 л/мин;

отношение длительности вдоха и выдоха 1:4 ... 4:1.

Границы регулирования положительного давления в конце вдоха должны быть 0,2-2 кПа . В аппарате должен обеспечиваться контроль среднеинтегрального и текущего давления .

Аппарат должен обеспечивать подачу дыхательной смеси пациенту по нереверсивному дыхательному контуру . Необходимо также обеспе-чить возможность работы аппарата во многих режимах.

Для обеспечения этих требований целесообразно управление аппара-том осуществлять с помощью микропроцессора. Применение перепро-граммируемой памяти программ позволит создать гибкую систему управ-ления.

Индикацию установленных параметров для улучшения восприятия не-обходимо отображать на цифровых табло. При работе аппарата должны отображаться такие параметры : минутная вентиляция , частота вентиля-ции , отношение длительности вдоха к длительности цикла , объем вдоха , скорость вдувания , температура дыхательной смеси.

Увеличение температуры и влажности вдыхаемого воздуха на пути окружающая среда - легкие происходит благодаря уникальной способно-сти дыхательных путей независимо от колебаний температуры и влажно-сти воздуха нагревать вдыхаемую газовую смесь до температуры тела и на-сыщать ее водяными парами.

При искусственной вентиляции легких возникает местное пересыхание и охлаждение слизистой оболочки трахеи и бронхов. В зависимости от продолжительности и интенсивности действия этих факторов могут воз-никнуть повреждения слизистой оболочки трахеи и бронхов, разрушение мерцательного эпителия, образование корок, нередко закупоривающих бронхи, возникновение деструктивного бронхита, чреватого тяжелыми бронхолегочными осложнениями. У маленьких детей к этому могут доба-виться нарушения общего водного и теплового баланса.

На основании изложенного выше при ИВЛ необходимо использовать увлажнитель для увлажнения и обогрева вдыхаемого газа. Границы регу-

лирования температуры газа в тройнике пациента должны быть32-38 °С, а относительная влажность газа 80-100% .

При выдохе дыхательная смесь охлаждается и влага конденсируется на поверхности дыхательных шлангов. Конденсат может попасть в аппарат, что нарушит его работу или в легкие пациента. Поэтому необходимо уста-новить на шланге выдоха отстойник куда бы стекала конденсировавшаяся жидкость.

В качестве дыхательной смеси в аппарате могут использоваться кислород и кислородно-воздушная смесь , закись азота , атмосферный воздух. Когда к аппарату ИВЛ подводят сжатые газы, то необходимо пре-дотвратить возможность попадания во входную линию аппарата любого другого газа, кроме того, для которого она предназначена. Такая опасность должна предотвращаться применением невзаимозаменяемым для разных газов соединений между их источниками и аппаратом, надлежащей марки-ровкой соединительных устройств. Прокладка газовых магистралей внутри аппарата также должна осуществляться с применением невзаимозаменяе-

^

мых соединений и надлежащей маркировки.

Необходимо соблюсти меры для предотвращения повышения давле-ния в дыхательном контуре выше допустимого 6кПа (60 см вод.ст.), что может привести к разрыву легких. Для этого можно использо-вать пружинный предохранительный клапан.

Во избежание несчастных случаев во время ИВЛ, особенно при дли-тельной ИВЛ, должны быть предусмотрены световая и звуковая сигнализа-

»

ции в случаях: превышение температуры дыхательной смеси выше 41 °С, непредвиденного отключения напряжения питающей сети , разгерметиза-ции дыхательного контура.

Электрическое питание аппарата должно осуществляться от сети переменного тока напряжением 220В с частотой 50Гц.

Аппарат ИВЛ должен быть надежным и удобным в эксплуатации и обеспечивать минимальные затраты времени, энергии и средств на ремонт.

При этом минимальная рабочая температура +10°С, максимальная ра-бочая температура +35 °С. Аппарат ИВЛ не работает на открытом воздухе и не подвергается воздействию атмосферных факторов.

3.2 Существующие методики проверки объемных показателей аппаратов искусственен вентиляции легких (ИВЛ)

Контроль объемных показателей -- дыхательно-го объема Vt и минутной вентиляции VM занимает важное место в создании и производстве аппаратов ИВЛ. Методики проверки этих и других характе-ристик аппаратов должны быть адекватны услови-ям их применения обеспечивать необходимую точность и воспроизводимость результатов и по возможности не требовать использования сложно-го нестандартного оборудования. Далее будут рас-смотрены только методики измерения Vt посколь-ку минутная вентиляция определяется как VM =Vm *f (f- частота вентиляции) или же деле-нием Vt, суммированного за целое число дыхатель-ных циклов, на их длительность.

До последнего времени для определения при-менялась одна из методик по ранее разработанному стандарту [3] (рис. 1).

Преимущество схемы состоит в.том, что во вре-мя выдоха нереверсивный клапан _2 пропускает в спирометр 5 только тот газ, который действительно вентилирует модель легких, однако данный клапан должен работать достаточно четко и обладать низ-ким сопротивлением. Принципиальный недоста-ток схемы -- поступление в спирометр не только действительного дыхательного объема, но и части вышедшего из аппарата 1 объема, который был за-трачен на повышение во время вдоха давления газа во всех эластичных и жестких частях дыхательного контура, соединенных с пациентом. На величину такой потери объема влияет растяжимость аппара-та Сa, которая во время вдоха подключена парал-лельно Сп (рис. 7), и можно предположить, что эта потеря объема пропорциональна величине Сa Сn.

Хорошо известно, что значения Сп сильно зави-сят от антропометрических данных и состояния ор-ганов дыхания пациента, но для проверки аппаратов ИВЛ обычно используются следующие стан-дартизованные характеристики (табл. 1).

Значения Са определяются схемой и конструк-цией аппарата, типом дыхательных шлангов, чис-лом и видом включенных в дыхательный контур частей и т. п. В табл. 2 приведены частично изме-ренные нами и частично заимствованные из экс-плуатационных документов данные о растяжимо-сти Са некоторых аппаратов ИВЛ и их компонен-тов.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7